薄板超深拉伸模設計

呂 強，陳偉平，高彥榮，王 斌，張玲玲，李陽平

（陜西黃河工模具有限公司，陜西西安 710043）

1 引言

進入21世紀以來，隨著生產力水平的提高，各種新技術新工具的發展和應用越來越廣泛。重型汽車作為重要的交通運輸工具在我國的基礎建設中應用十分普遍。各種新技術的發展促使汽車制造行業中出現了許多新材料、新工藝、新技術以及汽車輕量化等要求。地板通道內罩作為重型汽車駕駛室的一部分，尺寸大小、造型形狀、材料應用等也在不斷發展。人們對重型汽車的運輸能力、舒適度、外觀造型等要求越來越高，駕駛室的造型和尺寸相比以前也美觀、高端大氣了不少。與之匹配的零部件也變得更大、更高、更薄，而且材料性能也需要發揮得更加充分。因此，對于板料薄、外形大、高度高類的制件進行批量制造時，生產工藝的設計和模具的開發制造就具有十分重要的意義。

2 制件介紹及工藝開發流程

圖1所示為某重型汽車駕駛室上的制件——地板通道內罩，材料為DC06，厚度為0.9mm。制件尺寸為：1,216.2×496.2×455.5mm。經過多次經驗分析，此制件成形難度大，該制件外形大、拉伸深度深，超過450mm，拉伸難度較大，拉伸過程容易開裂、起皺。長寬比2.45，高寬比1:1。初步分析，成形需要2 次或3次拉伸。

圖1 地板通道內罩數模

通過制件分析可知，前方的空缺是一個可以利用的好情況，完全可以改變材料流向以及局部流速，由此，提出了大膽的建議，利用前方空缺的特點，可使其一次成形。使用CAE軟件Autoform R7的功能做出一次拉伸成形的工藝流程。

經過反復討論和論證，將地板通道內罩開發的沖壓工藝流程內容確定為：下料→拉伸→一次修邊→二次修邊+側修邊→翻邊整形，如圖2所示。

在整個沖壓生產工藝流程中決定制件質量的關鍵因素為拉伸模型面的工藝造型和模具的設計開發。拉伸工藝造型的優劣直接影響著制件質量的好壞和性能的發揮，現代技術手段常采用CAE分析來模擬、檢查、評估制件工藝造型的合理性和成形模具型面的優劣性以及用來縮短模具開發周期和預估生產風險、降低生產制造成本。

該制件DL分析中的特點主要在以下幾點：

（1）此件的長1,216.2mm，寬496.2mm，長寬比1216.2/496.2=2.45，按經驗來說遠遠大于1.3，但是根據制件的外形的特點分析制件，制件在前方是完全開放的，因此可以在成形中使用整形特點造型可以一次拉伸成功，否則最少需要3副分段拉伸模，將使模具數量增大。

（2）按制件DL造型時，由于制件拉伸過深在造型中前方沒有采用拉伸筋，而是使用拉伸梗的形式，有利于制件成形。

（3）初步造型后，運用CAE軟件Autoform R7在前方局部存在拉裂隱患，根據改變前方制件開口出的R造型，改善拉伸。

（4）雖然前面分析制件可以一次拉伸成形，但是需要進行拉伸造型和拉伸筋的有效分布，拉伸筋位置經過多次調整，并使用CAE軟件Autoform R7分析，最終得到滿意的結果。

DL結果經過分析如下：

該制件在結合制件數模補充工藝造型后，運用CAE 軟件Autoform R7 進行模擬拉伸及后序修邊、翻整過程，模擬結果如圖3所示。

沖壓內板件CAE評判標準和準則：

（1）成形性檢查。

a.檢查到底前3mm的成形性，有無開裂（紅色）和過分減薄區域（金黃色）。

b.檢查到底的成形性，有無開裂（紅色）和過分減薄區域（金黃色）。

（2）起皺檢查。

圖2 沖壓生產工藝流程圖

圖3 工藝造型模面CAE分析結果

a.檢查到底前10mm是否有波浪出現。

b.檢查到底前3mm的成形性，在制件區域不可以有起皺（波紋/藍色/紫色）情況，外露區域不能有任何藍色與紫色。

c.增厚小于0.01mm。

d.起皺不大于0.1mm。

e.Pot wrinkle不大于0.03mm。

結合以上準則可知，該模具工藝造型分析結果滿足開模條件，可以用于模具加工。

3 模具結構設計

模具結構如圖4 所示，在上模座1 的導向腿部位裝入導板9，將起吊棒3安裝固定于吊耳孔中，排氣管2 均勻分布于型面凹槽和容易聚氣吸料的部位，最后在型面裝入到底壓印標記凸模用于檢查模具運動是否到位，檢查清理后完成上模組裝，如圖5所示。導板9 固定于壓邊圈8 左右導向位置安裝面上、平衡塊10均勻分布于壓料面周圍分成上下兩層，形成一個力量均勻分布的區域以便于材料流動、材料定位板11分布于坯料四周用螺釘固定于壓邊圈8上，再將取料裝置彈頂銷13均勻裝入拉伸筋的凹槽中，翻邊后在頂桿位置裝入頂桿墊塊即可完成浮動組件的裝配，如圖6所示。凸模12上裝好導板后用螺釘、銷釘固定于下模座6 上，裝入下墩死塊和起吊棒3 完成裝配，如圖7 所示。最后將組裝好的浮動組件壓邊圈利用導向刃入凸模平放于下模上，將下位螺釘4從壓邊圈穿過固定于下模座上，完成整體下模組裝，如圖8所示。

圖4 超深拉伸模結構圖

圖5 上模

圖6 壓邊圈組件

圖7 下模組件

圖8 下模

生產時，上模固定于沖壓壓機上隨機床滑塊上下運動，下模用壓板和機床臺面固定連接，壓邊圈在機床氣墊壓力頂桿的作用下上下運動，壓邊圈組件和凸模導向，上模組件和壓邊圈組件導向，將坯料放入壓邊圈在機床的帶動下實現沖壓批量生產，如圖9所示。后續逐次經過一次修邊、二次修邊+側修邊、翻邊整形工序完成整個沖壓生產過程，最終成品制件如圖10 所示。最后經過檢驗、焊接、涂裝、組裝等制造工序成為某重型汽車駕駛室車體上的一個部件進行工作。

此制件的主要難度在于DL 分析，以及根據分析的結果進行的數模造型，而事實也是如此，此制件經過加工后，鉗工就未進行任何更改，只是簡單拋光，制件一次成功，合格率90%。

圖9 模具工作圖

圖10 沖壓成品制件

4 結束語

在地板通道內罩的沖壓工藝設計和模具開發中，通過對工藝補充造型的不斷改進和完善，運用CAE分析模擬方法快速、準確地完成成形模具型面的構建并精確預估風險，提供決策；解決了超深拉伸制件由于拉伸深度過深、材料流動量過大而容易開裂和起皺的難題。該模具的設計和制造保證了制件質量要求，滿足了批量生產，為客戶提高了經濟效益，也為沖壓生產中對于薄板料深拉伸、超深度一次拉伸成形的制件開發制造和模具設計提供了參考，具有指導意義。